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Propuesta didáctica encaminada a la descripción de algunos fenómenos de la óptica atmosférica, con niños

indígenas amazonenses

Janet Melo Betancourt

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogotá, Colombia

2014

Propuesta didáctica encaminada a la descripción de algunos fenómenos de la óptica atmosférica, con niños

indígenas amazonenses

Janet Melo Betancourt

Trabajo Final presentado como requisito parcial para optar al título de:

Magister en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Director:

FREDDY A. MONROY R. Físico, M.Sc., Ph. D

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogotá, Colombia

2014

________________________________

V°. B°.

Director Trabajo Final

Freddy Alberto Monroy Ramírez

Departamento de Física

VI Propuesta didáctica encaminada a la descripción de algunos fenómenos de la óptica

atmosférica, con niños indígenas amazonenses

Este Trabajo Final se lo dedico a Dios quién

supo guiarme por el buen camino, darme

fuerzas para seguir adelante y no flaquear

ante los problemas que se presentaban.

A mi padre que a pesar de nuestra distancia

física, siempre está conmigo y quien me ha

dado todo lo que soy como persona, mis

valores, mis principios, mi carácter, mi

empeño y perseverancia para conseguir mis

objetivos. A mi madre y hermanito que

siempre me cuidan y guían desde el cielo y

aunque nos faltaron muchas cosas por vivir

juntos, sé que este momento hubiera sido tan

especial para ellos como lo es para mí.

A Jhon Carlos Palomares, quien me brindó,

su cariño, su comprensión y su constante

apoyo, para que pudiera terminar esta

maestría, este triunfo es evidencia de su gran

amor. Gracias

Contenido VII

Agradecimientos

Al Ph. D Freddy Alberto Monroy, director del Área Curricular de física de la Universidad

Nacional de Colombia, por su generosidad al brindarme la oportunidad de recurrir a su

capacidad y experiencia profesional en un marco de confianza, afecto y amistad,

fundamentales para la finalización de este trabajo.

Un especial agradecimiento a la directora de la Maestría, Clara Helena Sánchez Botero y

a la Universidad Nacional sede Leticia y a quienes hicieron posible que cada sábado se

realizaran las conexiones necesarias de cada una de las clases.

Finalmente agradezco al director de la escuela “Camilo Torres”, licenciado Héctor Libardo

Arango y a los profesores José Martínez, José Antonio Suarez y Ofelia Martínez, quienes

me abrieron el espacio para poder realizar las practicas con cada de uno de sus grupos

de estudiantes.

Resumen y Abstract IX

Resumen

En todas las culturas se ha pretendido explicar los fenómenos de la naturaleza desde

muy diferentes puntos de vista, intentando dar respuestas a varios de los fenómenos

naturales que ocurren a nuestro alrededor, como por ejemplo: ¿por qué los atardeceres

se ven rojizos?, ¿por qué las nubes se ven blancas? o ¿por qué el cielo se ve azul.

Utilizando la Metodología de Aprendizaje Activo MAA que usa materiales de fácil

consecución y de muy bajo costo, se enseña a los niños de primaria de una escuela

indígena del Amazonas, con prácticas sencillas, estos fenómenos de la óptica

atmosférica. Para determinar la eficiencia de esta propuesta se diseñó una prueba que

fue aplicada como pretest y postest al grupo de niños que participaron en este trabajo.

Para la evaluación de estas pruebas se utilizo el factor de ganancia de Hake. Los buenos

resultados muestran que la metodología utilizada es muy apropiada para aplicar en este

contexto.

Palabras clave: Metodología de Aprendizaje Activo, Óptica atmosférica, Indígenas

Amazonenses, Dispersión de la luz.

Abstract

In every culture, we have tried to explain the phenomena of nature from very different

points of view, trying to respond to various questions such natural phenomena make arise

around us, for instance: Why do sunsets appear reddish? Why do most clouds look

white? or Why does the sky looks blue?. By using Active Learning Methodology, which is

based on low cost and common materials, these phenomena related to atmospheric

optics are taught through simple practices to indigenous children attending the

Elementary School in the Colombian Amazon. In order to establish the efficiency of this

methodological approach, a test was designed and applied, first as an entry test and

X Propuesta didáctica encaminada a la descripción de algunos fenómenos de la óptica

atmosférica, con niños indígenas amazonenses

finally, as a posttest to the children participating in the experience. For the evaluation of

this test, the Hake gain factor was used. The final good results show that the

methodology is appropriate in the context.

Keywords: Active Learning Methodology, atmospheric optics, indigenous

Amazonian, light scattering.

Contenido XI

Contenido

Pág.

Resumen ......................................................................................................................... IX

Lista de figuras ............................................................................................................. XIII

Lista de tablas ............................................................................................................. XIV

Lista de gráficas ........................................................................................................... XV

Introducción .................................................................................................................... 1

1. Revisión histórica y epistemológica de los conceptos de la óptica atmosférica 3 1.1 La Antigua Grecia ............................................................................................ 3 1.2 Periodo Helenístico .......................................................................................... 4 1.3 Edad Media ..................................................................................................... 4 1.4 La Óptica desde la edad Media hasta el siglo XVIII ......................................... 5 1.5 Siglo XIX hasta hoy ......................................................................................... 7

2. Revisión conceptual............................................................................................... 11 2.1 Dispersión Rayleigh............................................................................................ 11 2.2 Dispersión Mie .................................................................................................... 14 2.3 Dispersión No Selectiva ..................................................................................... 15 2.4 Dispersión Raman .............................................................................................. 16

3. Propuesta didáctica ............................................................................................... 19 3.1. Estrategia Metodológica .................................................................................... 19 3.2. Diagnóstico ....................................................................................................... 23 3.3. Guías ................................................................................................................ 24 3.4. Resultados y análisis ......................................................................................... 28

4. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................ 37 4.1 Conclusiones ................................................................................................. 37 4.2 Observaciones y recomendaciones ............................................................... 39

A. Anexo: Prueba diagnóstico (pretest). ................................................................... 41

B. Anexo: Guía 1 ......................................................................................................... 43

C. Anexo: Guía 2 ......................................................................................................... 48

D. Anexo: Guía 3 ......................................................................................................... 55

XII Propuesta didáctica encaminada a la descripción de algunos fenómenos de la

óptica atmosférica, con niños indígenas amazonenses

E. Anexo: Postest ........................................................................................................63

F. Anexo: Manual de la Práctica (Guía del profesor) ................................................65

Bibliografía .....................................................................................................................75

Contenido XIII

Lista de figuras

Pág. Figura 1-1: Experimento realizado por Newton.[2] ..................................................... 6

Figura 1-2: Experimento realizado por Young.[5] ....................................................... 8

Figura 2-1: Dispersión Rayleigh ............................................................................... 12

Figura 2-2: Dispersión Mie ....................................................................................... 14

Figura 2-3: Dispersiones y efectos. .......................................................................... 15

Figura 2-4: Dispersión No selectiva. ........................................................................ 16

Figura 3-1: Escuela Camilo Torres .......................................................................... 24

Figura 3-2: Burbujas de jabón transparentes. .......................................................... 25

Figura 3-3: Burbujas de jabón agrupadas. ............................................................... 25

Figura 3-4: Recipiente con esferas de biogel sobre el retroproyector....................... 26

Figura 3-5: Imagen de las esferas de biogel sobre la pantalla. ................................ 26

Figura 3-6: Estudiantes realizando la tercera guía ................................................... 27

Contenido XIV

Lista de tablas

Pág. Tabla 2-1: Proceso de Dispersión Atmosférica. .......................................................... 16

Tabla 3-1: Caracterización por etnias de los estudiantes ............................................ 23

Tabla 3-2: Distribución de niños y niñas por grado ..................................................... 23

Tabla 3-3: Resultados de la prueba diagnóstico (pretest). ......................................... 28

Tabla 3-4: Resultados del Postest .............................................................................. 32

Contenido XV

Lista de gráficas

Pág. Gráfica 3-1: Aumento del aprendizaje con la MAA ........................................................ 20

Gráfica 3-2: Pregunta uno del test ................................................................................ 29

Gráfica 3-3: Pregunta dos del test ................................................................................ 29

Gráfica 3-4: Pregunta tres del test ................................................................................ 30

Gráfica 3-5: Pregunta cuatro del test. .......................................................................... 31

Gráfica 3-6: Pregunta cinco del test .............................................................................. 32

Gráfica 3-7: Ganancia Hake ......................................................................................... 34

Introducción

Desde la antigüedad y hasta nuestros días, en todas las culturas se ha pretendido

explicar los fenómenos de la naturaleza desde muy diferentes puntos de vista, intentando

dar respuestas a varios de los fenómenos naturales que ocurren a nuestro alrededor,

como por ejemplo: ¿por qué los atardeceres se ven rojizos?, ¿por qué las nubes se ven

blancas? o ¿por qué el cielo se ve azul?. Este tipo de preguntas han causado curiosidad

en muchas culturas a través del tiempo.

Las respuestas a estas tres preguntas, culturalmente han tenido muy diversos tipos de

interpretaciones desde mitos y leyendas hasta complejas explicaciones científicas.

Actualmente estas respuestas se pueden obtener a partir de la descripción de ciertos

fenómenos físicos enmarcados dentro de la óptica física tales como la interferencia, la

difracción, la polarización y dispersión de la luz; que pueden llegar a tener un grado de

complejidad a nivel fenomenológico y/o matemático inaccesible para muchas personas,

sin importar la cultura ni la edad, tal que, eventualmente solo pueden estar al alcance de

personas especializadas en el tema. Sin embargo al intentar responder estas preguntas a

un niño o a cualquier persona no especialista en física, es necesario hacerlo de una

manera cierta, clara y entendible; esto implica: conocer a fondo los fenómenos y contar

con una metodología adecuada.

Dado el planteamiento anterior la pregunta orientadora es: Partiendo del conocimiento

amplio de los fenómenos de la óptica involucrados, ¿qué metodología utilizar para

responder estas tres preguntas a un niño de básica primaria?. El objetivo principal de

este trabajo consiste justamente en diseñar y construir una propuesta didáctica dirigida a

estudiantes de básica primaria, basada en la Metodología de Aprendizaje Activo (MAA),

que muestre de una manera eficiente y práctica como guiar al estudiante hacia la

construcción de los conceptos de óptica física, que les permita explicar la respuesta a

estos interrogantes, basándose en el desarrollo de prácticas experimentales realizadas

con elementos de fácil consecución y bajo costo.

2 Introducción

La ciencia puede desarrollar una amplia gama de habilidades y destrezas intelectuales y

motoras, pero esto depende de la forma en que se enseña: la inclusión de las ciencias en

la escuela tiene una justificación fundamental para lograr determinados objetivos, propios

del ámbito de las ciencias experimentales. Aquí es importante aclarar que no todos los

métodos de enseñanza son compatibles con las metas y objetivos fundamentales del

aprendizaje de la ciencia; debemos tener muy en cuenta la población a la cual nos

referimos en este caso niños de primaria de una escuela indígena; que no tienen un

laboratorio, ni instrumentos básicos que se encuentran en un colegio del interior del país.

Las actividades de los alumnos en el Amazonas se reducen principalmente a tomar

apuntes y luego estudiar de memoria; de esta manera no aprenderán ciencia. A lo sumo

incorporarán algunos conocimientos que olvidarán después. Aquí cobra especial

importancia la Metodología de Aprendizaje Activo (MAA) que se aplico.

Este trabajo consta de cuatro capítulos en donde se muestra la labor realizada a lo largo

del año 2013 en la escuela Camilo Torres ubicada en la zona rural de Leticia

(Amazonas), con niños indígenas de cuarto y quinto de primaria, también se anexan las

pruebas que se realizaron y las guías que se diseñaron.

El primer capítulo contiene una revisión histórica y epistemológica, que cuenta el

desarrollo de la óptica desde la antigüedad hasta nuestro siglo. El segundo capítulo

muestra un marco conceptual, donde se explica toda la matemática y física que

corresponde a la dispersión de la luz. En el tercer capítulo se expone brevemente la

Metodología del Aprendizaje Activo y la forma de realizar una Clase Demostrativa

Interactiva, se realiza la caracterización del contexto donde se ejecutan las practicas, se

da una descripción de la prueba diagnostico realizada, se explican las practicas

realizadas y se define el factor Hake que es la herramienta que se utiliza para analizar los

resultados obtenidos. Finalmente en el capítulo cuatro se dan las conclusiones y

recomendaciones acerca de la propuesta que se aplicó.

1. Revisión histórica y epistemológica de los conceptos de la óptica atmosférica

1.1 La Antigua Grecia

La luz es un fenómeno que intriga a los científicos hace muchos años. Los propios

filósofos naturales de la antigua Grecia comenzaron a indagar acerca de la naturaleza de

la luz. Pitágoras (580 – 495 a.c.) planteo que la luz emanaba del ojo en forma de rayos

luminosos formados por partículas que se propagan en línea recta y chocan con el

cuerpo observado, siendo el acto visual el resultado de ese choque. Los griegos

afirmaban que la materia se compone de partículas y concebían la luz parte de uno de

los cuatro elementos (tierra, agua, aire y fuego). El lado luminoso del calor sería una

manifestación de fuego. Esta visión fue dada por Empédocles alrededor del siglo V antes

de Cristo. Demócrito (460-370 a.c.) dijo que la luz consiste en un chorro sucesivo de

partículas y el color depende de las determinaciones espaciales de los átomos emitidos

por los objetos coloreados. A cada color le corresponde una forma, orientación y

agrupación de átomos. Lucrecio (99- 55 a.c.) propuso que la luz era una granizada de

partículas. Las imágenes se desprendían de los objetos o los objetos las desprendían y

se precipitaban al ojo para entrar.

Pero hasta este momento las concepciones adoptadas tenían una visión corpuscular, la

propuesta de Aristóteles se puede considerar como precedente de los modelos

ondulatorios [1]. La explicación que dio fue similar a la de las vibraciones sonoras, que

pueden ser percibidas tanto por el oído como por el tacto según él, un objeto luminoso

vibra y de esta forma coloca en vibración un medio indefinido, al que llamo “diáfano”, el

cual a su vez provoca movimiento de “humores” que entran en la composición del ojo.

Este modelo no era basado en alguna observación del fenómeno, ya que sería muy

difícil para esa época.

4 Propuesta didáctica encaminada a la descripción de algunos fenómenos de la


A pesar de que estas teorías parecen un poco extrañas e ingenuas, se plantearon

prácticamente sin bases científicas, únicamente fundamento filosófico. Y ya desde esta

época se derivan las dos principales teorías sobre la luz durante la historia de la

humanidad, la teoría de partículas y la teoría de ondas.

1.2 Periodo Helenístico

El primer hallazgo importante surge en Grecia y lo hace Herón de Alejandría (10 a.c.- 75

d.c.), tras experimentar con espejos, descubrió que la luz se mueve en línea recta, lo que

llevó a la siguiente ley: el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Claudio

Ptolomeo (100-170 d.c.), realiza un tratado de cinco libros de óptica, el primero está

dedicado al estudio de la visión, del segundo no se sabe mucho debido a que no hay

copias, el tercero y cuarto hacen un estudio de la formación de imágenes por espejos y el

quinto libro está dedicado al estudio de la refracción. Este último libro despertó un gran

interés, ya que es allí donde encontramos la primera referencia a los ángulos de

incidencia y refracción, y el procedimiento experimental detallado para la determinación

de una relación funcional entre estos ángulos.

Desde allí y hasta el siglo XVII, el progreso era lento. Lo que intrigaba a los científicos de

la época era si después de todo, la luz era una partícula o una onda.

1.3 Edad Media

En la Edad Media los árabes hicieron algunos estudios sobre la óptica, ya que una de

las ramas de la medicina islámica más desarrollada, fue el estudio de las enfermedades

de los ojos debido a lo cual se interesaron especialmente por su estructura. Se destaca el

físico iraquí Ibn al-Haytham (965-1040), quien realizó trabajos de óptica que fueron

publicados en siete volúmenes. Llamado también Alhazen es considerado por muchos

estudiosos de la cultura árabe, como el primer físico experimental en la historia. Esto se

debe a que utiliza la cámara oscura para estudiar los fenómenos de la luz y probar sus

ideas, sobre todo de que son los objetos que emiten luz y no los ojos.

Capítulo 1 5

Dietrich von Freiberg (Freiberg Teodorico) (1250-1310 d.c.), en 1304, escribió un libro

titulado “De Iride et Radialibus Impressionibus” (sobre el arco iris y las impresiones

causadas por los rayos), en el cual presentó la hipótesis de que el arco iris era el

resultado de una combinación de la refracción y la reflexión de la luz solar a través de

gotitas de lluvia individuales y no en conjunto como pensaba Aristóteles. Con el fin de

verificar esta hipótesis, construyó esferas de vidrio cristalinas huecas llenas de agua y las

colocaba en el camino de la luz solar. Con esta experiencia, fue capaz de reproducir

tanto el arco iris primario como el secundario. Además, mostró que el arco iris secundario

tenia invertido el orden de los colores en relación al primario.

En 1267, Roger Bacon en su libro Opus Major ("Obra Mayor"), declaró que un rayo de luz

que golpea el ojo "directamente y de forma perpendicular" era una imagen perfecta de

gracia, y más aún a través de la visión podríamos ver como la sabiduría divina se

manifiesta en el mundo visible. También estaba interesado en la Óptica geométrica, llego

a construir lentes y sugiere su uso en representaciones teatrales. Al afirmar que, a través

de la lente, el sol, la luna y las estrellas pueden parecer más cerca de nosotros, Bacon se

convirtió en el precursor del telescopio y de las gafas. Admitió, también, que la luz

necesitaba cierto tiempo para propagarse, es decir, que su velocidad era finita.

1.4 La Óptica desde la edad Media hasta el siglo XVIII

En el siglo XV se destacó Leonardo da Vinci (1452-1519), quien estudió la estructura y el

funcionamiento del ojo; además formuló una teoría de la visión, en la que comparaba el

ojo a una cámara oscura. Trató de explicar por qué el cielo se ve de color azul. Alrededor

del año 1500, señaló que el humo que sale de la quema de madera, cuando es

atravesado por la luz solar y visto contra un fondo oscuro, tenía un tono azulado; que

más adelante conoceríamos como dispersión.

Contribuciones muy importantes fueron hechas por Isaac Newton (1642-1727). En 1665

llevó a cabo el siguiente experimento; después de haber hecho un agujero en una

ventana de la puerta de una habitación oscura (figura 1.1), puso un prisma de vidrio

triangular frente a la abertura, de modo que la luz que la atravesaba fuese refractada en

la pared opuesta. Observó una imagen dispersa, de rojo en un extremo y violeta en el



otro, con amarillo, verde y azul en la región intermedia. Con el fin de determinar si estos

colores eran parte de la luz o se produjeron por la superficie refractante, Newton llevó a

cabo un segundo experimento, que calificó de "experimento crucial"; lo que hizo fue

hacer que un solo color pasara a través de un segundo prisma, también de vidrio. Una

vez hecho esto, se dio cuenta de que el rayo no sufrió ningún cambio y por lo tanto

encontró que un prisma no añade nada al haz de luz que pasa a través de él.

Figura 1-1: Experimento realizado por Newton.[2]

También introdujo la teoría corpuscular, que supone “que la luz está formada por

partículas materiales”, que llamó corpúsculos que son lanzados a gran velocidad por los

cuerpos emisores de luz [3]. La dirección de propagación de estas partículas recibe el

nombre de rayo luminoso. Hasta este momento se puede decir que Newton aceptó las

dos teorías, tanto la corpuscular como la ondulatoria. Según la explicación de él, la

dispersión de la luz por un prisma es debida a la excitación de las ondas en el medio por

corpúsculos de luz, cada color correspondía a una forma de vibración, siendo el color rojo

al que correspondían las vibraciones más largas, mientras que el violeta a las más

cortas. Con el tiempo, Newton apoyó la teoría corpuscular, probablemente debido a la

Capítulo 1 7

dificultad de explicar la propagación rectilínea de la luz a través de las ondas que se

propagan en todas las direcciones.

Christian Huygens (1629-1695), contemporáneo de Newton, se inclinó por la naturaleza

ondulatoria de la luz. Semejante al sonido, decía, la luz es también una vibración que se

propaga utilizando un soporte material que llamó éter. Las leyes de la óptica se explican

fácilmente con esta teoría. En contraste con Newton, asume que la velocidad de la luz es

inversamente proporcional al índice de refracción de los medios atravesados, siendo

mayor en el aire y/o éter que en el agua.

A finales del siglo XVII, ambas teorías (corpuscular y ondulatoria) fueron aceptadas.

Durante el siglo XVIII la teoría corpuscular prevaleció, sobre todo debido al gran prestigio

científico de Newton para la época. No hubo grandes avances en la óptica de este siglo a

excepción de John Dollond (1706-1761) que en 1758, perfecciona el cristal de roca óptico

(vidrio Flint) y patenta en Inglaterra la invención del objetivo acromático, permitiendo la

fabricación de telescopios refractores muy perfeccionados [4].

1.5 Siglo XIX hasta hoy

Al inicio del siglo XIX tomó fuerza la teoría ondulatoria. El experimento de Young (1773 -

1829) fue la primera comprobación experimental de la teoría ondulatoria de la luz. Lo que

hizo Young fue colocar un cuerpo opaco con dos rendijas muy delgadas delante de una

fuente de luz y ver qué sucede con la luz en la parte posterior, donde había una pantalla

(figura 1.2). Cuando las ondas provenientes de las rendijas llegan a la pantalla, se

observa sobre ella un cierto número de bandas brillantes y oscuras, paralelas a las

rendijas, o sea, patrón de interferencia.



Figura 1-2: Experimento realizado por Young.[5]

Con este experimento Young demostró con "certeza" que la luz era una onda [5]. Otro

hecho que parecía poner fin a la discusión sobre la naturaleza de la luz fue la verificación

experimental realizada por Leon Foucault (1819-1868), que muestra que la velocidad de

la luz era menor en el agua que en el aire. A partir de ahí, pasó a dominar la teoría

ondulatoria, que se ha mejorado gradualmente, culminando con la teoría de las ondas

electromagnéticas del físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) quien propuso

que la luz estaba constituida por las llamadas ondas electromagnéticas, y que la luz

visible era sólo una pequeña parte (que puede ser vista por nosotros) de un espectro

mucho más amplio.

De acuerdo con los más eminentes científicos del siglo XIX, el color y la polarización de

la luz celeste constituían los dos más grandes enigmas de la meteorología. Tyndall

(1820-1893) un gran divulgador de la óptica de este siglo, fue estimulado para que

estudiara estos “enigmas” por una carta de John Hershel en el que este le comunicaba

su interés por el tema. Tyndall es conocido por haber investigado la dispersión de luz en

fluidos, describiendo el efecto que lleva su nombre, que explica por qué es visible el cielo

y por qué se ve un rayo de sol que penetra en una habitación con polvo. La explicación

está fundamentada en la dispersión de los rayos de luz por las partículas coloidales de

cierto tamaño. En efecto, los rayos del sol son dispersados por las moléculas del aire de

la atmósfera; la luz azul, cuya longitud de onda es más corta, se dispersa más que la luz

Capítulo 1 9

roja. Mirando al cielo, en dirección opuesta al sol, se observa sólo luz dispersa, y el cielo

es más azul [6].

La dispersión de Mie, usa la teoría desarrollada por Gustav Mie y analíticamente resuelve

la dispersión magnética de la radiación por esferas homogéneas de varios tamaños e

índices de refracción

Actualmente admitimos que la luz tiene una naturaleza dual, corpuscular y ondulatoria.

Sólo así podemos explicar todos los fenómenos ópticos, algunos con la teoría ondulatoria

y otros con la teoría corpuscular

2. Revisión conceptual

Las diferentes moléculas que forman la atmósfera, así como la humedad, acompañada

de partículas de polvo y de ceniza son las responsables de producir en el cielo las

múltiples manifestaciones de color [7]. Este fenómeno es conocido como dispersión

atmosférica y se conocen cuatro tipos: Rayleigh, Mie, No selectiva y Raman.

2.1 Dispersión Rayleigh

La dispersión de Rayleigh se produce cuando las partículas son muy pequeñas en

comparación con la longitud de onda de la radiación (pequeñas partículas de polvo o las

moléculas de oxígeno o de nitrógeno). La dispersión de Rayleigh significa que existe una

mayor dispersión en longitudes de onda cortas que en longitudes de ondas largas (por lo

que el cielo se ve azul). La dispersión de Rayleigh es el mecanismo dominante de la

difusión en la atmósfera superior. Al atardecer, la luz del sol debe atravesar una mayor

capa de la atmósfera y la dispersión en las pequeñas longitudes de onda es más

completa, es decir, las longitudes de onda más corta son totalmente dispersas en la

atmosfera superior pasando apenas las longitudes de onda más largas (rojo y naranja),

es por esto que vemos los atardeces rojizos.

Rayleigh describió, que cuando la luz es dispersada por las pequeñas moléculas de aire,

estas lo hacen de forma selectiva. La intensidad de luz dispersada por ellas es

inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda. O dicho de otro

modo, el aire (limpio) dispersa de forma más eficiente las longitudes de onda azules que

las infrarrojas. El resultado es que a un observador en la tierra (Figura 2.1), y fuera de la

visión directa del sol, le llega más intensidad del espectro visible en la gama de los

azules: el cielo, o mejor dicho, la atmósfera parece de color azul.[8]



Figura 2-1: Dispersión Rayleigh

El color del cielo debería ser violeta por ser esta la longitud de onda más corta, pero no lo

es por dos razones fundamentales: porque la luz solar contiene más azul que violeta y

porque el ojo humano (que en definitiva es el que capta las imágenes, aunque el cerebro

las interprete), es más sensible a la luz azul que al violeta.

La expresión de la ley de Rayleigh es la siguiente:

(2.1)

En donde: I es la intensidad de la luz dispersada por una pequeña partícula en un haz de

luz de longitud de onda λ e intensidad Io, R es la distancia a la partícula, θ es el ángulo de

dispersión, n es el índice de refracción de la partícula y d es el diámetro de la partícula.

Para el caso particular de la luz polarizada se tiene lo siguiente:

(2.2)

Capítulo 2 13

(2.3)

Donde ahora, aparte de los símbolos anteriores tenemos el coeficiente de dispersión σ, y

los ángulos en coordenadas esféricas θ y Φ. En éstos, los vectores unitarios se definen

respecto al plano que contiene al vector de dirección de propagación de la radiación y al

vector que contiene la dirección de la polarización de la onda incidente. Aparte tenemos

los coeficientes de la matriz de Jones perpendicular A(θ) y paralelo B(θ) al plano de

esparcimiento o dispersión.

La distribución angular de la dispersión de Rayleigh, que viene dada por la fórmula

(1+cos2θ), es simétrica en el plano perpendicular a la dirección de la luz incidente, por

tanto la luz dispersada iguala a la luz incidente. Integrando el área de la esfera que rodea

una partícula obtenemos la sección transversal de la dispersión de Rayleigh, σs:

(2.4)

El coeficiente de dispersión de Rayleigh para un grupo de partículas es el número de

partículas por unidad de volumen N veces la sección transversal. Como en todos los

efectos de onda, en la dispersión incoherente las potencias son sumadas

aritméticamente, mientras que en la dispersión coherente (como sucede cuando las

partículas están muy cerca unas de otras) los campos son sumados aritméticamente y la

suma debe ser elevada al cuadrado, para obtener la potencia final [9].

La dispersión de la luz por partículas coloidales o partículas finas en suspensión también

se conoce como efecto Tyndall. La luz de longitud de onda mayor es transmitida, en

cuanto la luz de longitud de onda menor se refleja. Una analogía es que las ondas

electromagnéticas de alta longitud de onda, como las ondas de radio son capaces de

pasar a través de las paredes de los edificios, mientras que las ondas electromagnéticas

de onda corta tales como ondas de luz son reflejadas por las paredes y frenadas. El

efecto Tyndall tiene algunas similitudes con la difusión de Rayleigh, ya que los dos

causan dispersión de la luz por partículas muy pequeñas. La difusión de Rayleigh

requiere que las partículas sean mucho menores que la longitud de onda de la luz,

mientras que las partículas coloidales son más grandes y se aproximan al tamaño de la

longitud de onda de la luz. Los resultados del efecto de Tyndall mostraron que la difusión

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Coeficiente_de_dispersi%C3%B3n&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_esf%C3%A9ricas

http://es.wikipedia.org/wiki/Vector_unitario

http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Polarizaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Matriz_de_Jones&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_subat%C3%B3mica

http://es.wikipedia.org/wiki/Secci%C3%B3n_transversal



(por partículas coloidales) es mucho más intensa que la dispersión de Rayleigh (tamaño

de partícula inferior). Para obtener la difusión de partículas y poder utilizar la fórmula de

Rayleigh, el tamaño de partícula debe ser menor que 40 nm, donde las partículas pueden

ser moléculas individuales. El efecto Tyndall se utiliza comercialmente para determinar el

tamaño y la densidad de partículas de aerosol y materia coloidal [10]

2.2 Dispersión Mie

No sólo la dispersión de Rayleigh es responsable de los colores que eventualmente

vemos en el cielo. Hay otro tipo de difusión llamado dispersión de Mie (Figura 2-2), que

también causa cambios de color en nuestra atmósfera. Para que se produzca la

dispersión de Rayleigh, la luz debe incidir sobre moléculas y partículas muy pequeñas,

de menos de un décimo de la longitud de onda de la radiación incidente. Solo que

también existen en suspensión en la atmósfera, partículas mayores de este límite.

Figura 2-2: Dispersión Mie

La dispersión de Mie se produce cuando las partículas son del mismo tamaño que la

longitud de onda de la radiación. Algunos ejemplos son: el polvo, el polen, el humo y el

vapor de agua, estos elementos causan la dispersión de Mie, que tiende a afectar a las

longitudes de onda más largas que la dispersión de Rayleigh. La dispersión de Mie se

produce en las porciones inferiores de la atmósfera donde las partículas más grandes

son más abundantes. [11]

La dispersión de Mie no es fuertemente dependiente de la longitud de onda y produce el

resplandor, casi blanco, que vemos alrededor del Sol cuando una gran cantidad de

Capítulo 2 15

partículas en el aire está presente. Es la dispersión de Mie, la que también nos da la luz

blanca de la niebla.

Figura 2-3: Dispersiones y efectos.

Las dispersiones de la luz solar de tipo Rayleigh y Mie coexisten en la atmósfera

predominando una sobre la otra y viceversa, según los casos [8].

2.3 Dispersión No Selectiva

Este tipo de dispersión ocurre cuando el tamaño de las partículas que la provocan es

mucho más grande que la longitud de onda de la radiación que la sufre. Los causantes

de este tipo de dispersión suelen ser grandes partículas de polvo y pequeñas gotas de

agua suspendidas en la atmósfera. Se denomina no selectiva porque todas las longitudes

de onda se dispersan más o menos por igual. Este fenómeno es el causante de que las

nubes y la niebla se aprecien de color blanco, como se muestra en la figura 2.4, ya que la

componente roja, la verde y la azul son igualmente afectadas. [12]

El efecto total de la dispersión por partículas grandes, es la suma de las interacciones de

la radiación con cada partícula, es decir: la reflexión en la superficie de la partícula sin

penetración, el paso de la radiación a través de ella sin reflexiones interiores y la



refracción en sus bordes. Cuando la atmosfera está cargada de polvo, este tipo de

dispersión produce una atenuación intensa. [13]

Figura 2-4: Dispersión No selectiva.

Tabla 2-1: Proceso de Dispersión Atmosférica.

Dispersión Dependencia de la

longitud de onda

Tamaño

aproximado

Tipos de

partículas

Rayleigh < 1 Moléculas de aire

Mie 0,1 a 10 Humos, vapores, neblina

No selectiva >10 Polvo, niebla, nubes

2.4 Dispersión Raman

La dispersión Raman fue descubierta por el físico indio Chandrasekhar Raman y por

este trabajo recibió el Premio Nobel de Física en 1930. Raman observo que cuando un

haz de luz monocromática incide sobre un conjunto de moléculas, parte de esta radiación

es dispersada; la mayor parte de la luz dispersada (aproximadamente 99%) posee la

Capítulo 2 17

misma frecuencia que la radiación incidente (dispersión Rayleigh) pero una pequeña

parte (al menos del 1%) presenta una variación en su frecuencia. La diferencia entre

estas nuevas frecuencias (llamadas rayas o bandas Raman) y la frecuencia de la

radiación original es característica de la molécula irradiada y numéricamente igual a

algunas frecuencias de vibración y de rotación de la molécula.

La dispersión Rayleigh y la dispersión Raman pueden explicarse de la siguiente manera.

En la dispersión Rayleigh, las fuerzas eléctricas y magnéticas que constituyen la luz

incidente, inducen un momento dipolar en la molécula, la cual a su vez, irradia luz de la

misma frecuencia (dispersión elástica) que la radiación incidente o de excitación, pero en

todas las direcciones. La dispersión de Rayleigh acompaña siempre a dispersión Raman.

En la dispersión Raman, parte de la energía de la luz incidente puede excitar a la

molécula a un nivel vibracional o rotacional de mayor energía y la radiación emitida

(dispersada) por la molécula (llamada línea Stokes) será de frecuencia correspondiente a

una energía menor. Por otra parte, puesto que alguna de las moléculas con las que

choca la radiación incidente puede encontrarse ya en un estado rotacional o vibracional

excitado, la molécula puede aportar esta energía extra al fotón dispersado de forma que

la radiación emitida (llamada línea anti-Stokes) tendrá una energía superior a la

radiación incidente en una cantidad correspondiente a la transición energética vibracional

o rotacional de la molécula. (Puesto que la dispersión Raman implica una variación de

energía, el choque entre la molécula y el fotón incidente es inelástico). [14]

3. Propuesta didáctica

3.1. Estrategia Metodológica

Leticia, ubicada al sur del país, aunque es capital del departamento del Amazonas, es

una región que se encuentra un poco olvidada por el gobierno central, donde la mayoría

de sus habitantes no cuentan aun con los servicios básicos (agua y energía) mucho

menos hablar de telefonía, gas o internet. Los establecimientos educativos no tienen una

infraestructura como algunos colegios de otras capitales del país (Medellín, Bogotá, Cali,

Barranquilla), no hay aulas especializadas para idiomas, artes, biología, química y física.

Es por eso que considero que esta propuesta didáctica tiene gran importancia ya que

aporta herramientas valiosas para la enseñanza de la óptica, en esas escuelas donde no

existen laboratorios ni equipos, para desarrollar practicas que son necesarias para

mejorar el aprendizaje de nuestros estudiantes.

Teniendo en cuenta las características de la población (indígena) y del contexto

socioeconómico, se diseña y construye esta propuesta didáctica dirigida a estudiantes de

básica primaria basada en la Metodología del Aprendizaje Activo MAA, que promueve en

el estudiante a realizar tareas experimentales con materiales de bajo costo y favorecen el

aprendizaje conceptual.

El aprendizaje activo se define generalmente como un método que involucra a los

estudiantes en el proceso de aprendizaje, haciendo que los estudiantes piensen y se

pregunten acerca de lo que están haciendo, y no sólo se queden escuchando lo que se

les está diciendo [15]. La importancia de la participación de los estudiantes, es

ampliamente aceptada y existe considerable evidencia para apoyar la efectividad de ésta.

La enseñanza de las ciencias en la mayoría de escuelas de Leticia maneja un modelo

pasivo de aprendizaje, donde los estudiantes rara vez interactúan productivamente y

donde el estímulo es la nota, no el conocimiento. En este modelo, los estudiantes

demuestran su aprendizaje mediante la resolución de problemas estándar, pero a



menudo no cambian la manera de entender el mundo que les rodea. En el modelo de

aprendizaje pasivo, los estudiantes adoptan las siguientes estrategias:

Centrarse en la memorización en lugar de entender.

Estudiar, en la víspera de la evaluación para intentar aprobar.

Usar para la autoevaluación solamente notas (numéricas), en lugar de reflexionar

sobre su progreso.

Trabajar solo, en lugar de articular ideas con sus compañeros, solidificándolas.

Trata de adivinar la visión del mundo del maestro, en lugar de

crear una propia.

Aceptar informaciones (incluso sin creer en ellas), en lugar de cuestionar

críticamente.

Estas estrategias hacen que los estudiantes piensen que la física es una colección de

hechos y conocimientos descontextualizados.

La participación de los estudiantes es uno de los factores más importantes del éxito en el

ámbito académico. La investigación realizada por Hake [16] mostró un rendimiento

significativamente mejor de los estudiantes que estaban comprometidos con los métodos

de aprendizaje activo MAA; que los estudiantes que no fueron sometidos a los mismos.

Él realizó una prueba con más de 6000 estudiantes en los cursos de física y analizó los

datos proporcionados antes y después de la prueba, expuestos en la gráfica 3-1

Gráfica 3-1: Muestra el aumento del aprendizaje de conceptos básicos de física por los alumnos, con la MAA [16].

C¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.apítulo 3 21

A partir de esta prueba, se puede concluir que los estudiantes obtienen mayor

aprendizaje de los conceptos básicos de la física después de la inserción de la MAA, y

antes de eso, el aprendizaje promedio sólo aumento un poco en relación con sus

conocimientos previos a la clase. Esto demuestra que la introducción de actividades

donde los estudiantes participen activamente, puede aumentar significativamente el

conocimiento sobre los conceptos básicos de la física y el aprendizaje sobre el contenido

específico.

La MAA sugiere a los docentes estructurar sus clases para promover entornos de

colaboración y cooperación. Una buena clase es aquella en la que hace que la mayoría

de los estudiantes entren en actividad, haciendo preguntas y respondiendo preguntas,

discutiendo los problemas, desafiando conclusiones, entre otros. En lugar de que el

profesor sea quien haga preguntas a los estudiantes y recibir como respuesta un

silencio; con esta metodología se asigna una tarea los estudiantes y en vez de 30

segundos, disponen de cinco o diez minutos para llegar a un consenso en la respuesta.

La estrategia de enseñanza y aprendizaje denominada Clases Interactivas Demostrativas

CID, tiene como objetivo que los estudiantes estén activos en las clases.

Dentro de la MAA se desarrollan los siguientes pasos:

1. Planteamiento de la situación: El docente describe una situación a los

estudiantes sin mostrar los resultados y plantea algunas predicciones al respecto

de la situación para que los estudiantes las respondan por escrito.

2. Predicciones individuales: Los estudiantes deben registrar su predicción

individual en la hoja de predicciones (que la suministra el docente y en la cual se

registra todo lo que el estudiante desee con respecto a la práctica,

posteriormente se la llevará para su estudio. No será tenida en cuenta para la

evaluación). Según el número de predicciones planteadas se debe asignar un

tiempo específico para su desarrollo. Se sugiere que el docente se pasee por los

puestos de los estudiantes verificando que todos estén escribiendo y que esta

actividad sea netamente individual.

3. Predicciones de grupo: Los estudiantes se reúnen en grupo de 2 o a lo más 3

personas con sus compañeros más cercanos y discuten sus predicciones. Se

sugiere que el docente se pasee por entre los grupos, verificando que en cada



grupo todos los integrantes participen activamente y discutan con criterio sus

predicciones. Dependiendo del número de predicciones planteadas se debe

asignar un tiempo específico para su desarrollo.

4. Registro de predicciones de grupo: Cada grupo debe registrar por escrito las

conclusiones y acuerdos a los que hayan llegado después de la conclusión, con

respecto a las respuestas de las predicciones propuestas. Se sugiere al docente

verificar que las conclusiones escritas sean las del consenso del grupo y no las de

una persona en particular. Dependiendo del número de predicciones planteadas

se debe asignar un tiempo específico para su desarrollo.

5. Socialización de predicciones: El docente obtiene las predicciones más

comunes de toda la clase. Para esto él debe tener cuidado en si escribe en el

tablero las predicciones de los diferentes grupos o no, porque para algunos

estudiantes lo que quede escrito en el tablero será tomado como correcto, sin

embargo por ser el consenso de los diferentes grupos, esto no necesariamente es

cierto; por esta razón a veces es preferible solo tomarlas en forma verbal. Según

el número de predicciones planteadas se debe asignar un tiempo específico para

su desarrollo.

6. Realización del experimento: El docente realiza la demostración mostrando

claramente los resultados.

7. Descripción y discusión de resultados: Se pide a algunos estudiantes que

describan los resultados y que los discutan en el contexto de la demostración. Los

estudiantes anotan estos resultados en la Hoja de Resultados (que es

suministrada por el docente), la cual se llevan para estudiar. Se sugiere tener

planeado un tiempo específico para el desarrollo de esta actividad.

En la Hoja de Resultados deben aparecer las mismas preguntas realizadas en la

hoja de predicciones de grupo, solo que en pasado y agregarle otras preguntas

adicionales para dirigir la discusión posterior, tal que con las respuestas dadas y

la discusión dirigida por el docente, se logre el objetivo inicial y se permita la

formalización de los conceptos buscados y la profundización en el tema.

8. Síntesis y extrapolación de resultados: Los estudiantes (o el docente) discuten

situaciones físicas análogas con diferentes características superficiales (o sea,

diferentes situaciones físicas), pero que responden al mismo concepto físico. Se

sugiere tener planeado un tiempo específico para el desarrollo de esta actividad.


Se hace notar que en los pasos 7 y 8 la tarea del docente es hacer que sean los

estudiantes los que proporcionen las respuestas deseadas. El docente debe tener

previamente una “agenda” bien definida, guiando la discusión hacia los puntos centrales

de CID.

Debe además evitar “enseñar” a los estudiantes. La discusión debe utilizar los resultados

experimentales como la fuente del conocimiento acerca de la demostración planteada.

Solo en caso de que los estudiantes no hayan discutido todos los puntos que sean

importantes, el profesor puede aportar para llenar lo faltante. [17]

3.2. Diagnóstico

Esta propuesta didáctica comenzó en marzo de 2013, con una caracterización por

etnias de los estudiantes de la escuela Camilo Torres (Tabla 3-1), ubicada en la zona

rural de Leticia Amazonas.

Tabla 3-1: Caracterización por etnias de los estudiantes

Etnia Estudiantes

Ticuna 51

Huitoto 3

Cocama 10

Mestiza 9

Total 79

Los niños se encuentran en edades de los 9 a los 13 años y actualmente están cursando

los grados cuarto y quinto de primaria (tabla 3-2).

Tabla 3-2: Distribución de niños y niñas por grado

Grado niños niñas

401 10 9

402 10 10

501 20 19



Para un total de 79 estudiantes, todos de estrato socioeconómico bajo. La gran mayoría

de los padres de familia son analfabetas y no cuentan con un trabajo estable; viven de la

pesca y de lo que cultivan en sus chacras (parcelas), por lo cual la institución ofrece una

educación gratuita 100%, y un refrigerio y almuerzo diario a todos los estudiantes.

Figura 3-1: Escuela Camilo Torres

La puesta en práctica en el aula, comenzó con una prueba diagnóstico (anexo A) a los

estudiantes, que consta de cinco preguntas, donde se quiere saber si los niños han

sentido curiosidad alguna vez por cuestiones como ¿por qué los atardeceres se ven

rojizos?, ¿por qué las nubes se ven blancas? y ¿por qué el cielo se ve azul?, si alguna

vez alguien les ha explicado por qué ocurren estos fenómenos y que explicación dan los

estudiantes a estas incógnitas.

La prueba se aplico a 36 niños de grado cuarto y 36 niños de grado quinto, ya que el

resto de estudiantes no había asistido a clases ese día. Al analizar los resultados se

comenzaron a diseñar las guías que se iban a aplicar.

3.3. Guías

Las guías se diseñaron basándose en los resultados del diagnóstico y teniendo en

cuenta el Manual ALOP (Active Learning in Optics and Photonics). La primera de ellas


(anexo B) mostraba por analogía que la dispersión múltiple es responsable del color

blanco de las nubes, se utilizaron burbujas de aire en jabón, los niños pueden observar

que las burbujas cuando se ven separadas, éstas son transparentes (figura 3-2); pero

cuando las burbujas se agrupan, parecen blancas (figura 3-3). Se trabajó con los niños

en el mes de septiembre, en la clase de ciencias con ayuda de los directores de grupo de

cada curso.

Figura 3-2: Burbujas de jabón transparentes.

Figura 3-3: Burbujas de jabón agrupadas.



En la guía 2 (Anexo C) se coloca un recipiente de vidrio, sobre un retroproyector y dentro

del recipiente, varias capas de esferas transparentes; las esferitas de biogel dispersan

luz incidente, lo que se evidencia por los destellos que producen. Por lo tanto hay una

pequeña cantidad de luz que se transmite, como lo muestra la sombra sobre la pantalla.

Figura 3-4: Recipiente con esferas de biogel sobre el retroproyector

Figura 3-5: Imagen de las esferas de biogel sobre la pantalla.


La tercera guía (anexo D) fue aplicada en el mes noviembre y consiste en hacer una

mezcla de agua con unas gotas de leche en un recipiente de vidrio y se hace incidir una

fuente de luz intensa (retroproyector); se agita y se pueden observar los cambios en las

intensidades de la luz dispersada y transmitida. A medida que se agrega más leche al

agua, la luz dispersada parece más brillante y se torna de color blanquecino. El haz

transmitido cambia su color de amarillo a naranja y luego a rojo disminuyendo su

intensidad a medida que se aumenta la cantidad de leche. Con lo que se puede explicar

el por qué del cielo azul y los atardeceres rojizos.

Figura 3-6: Estudiantes realizando la tercera guía



A final del mes de noviembre se aplicó una prueba (anexo E) que denominaremos

postest, similar a la diagnóstica para observar el aprendizaje de los estudiantes.

3.4. Resultados y análisis

La prueba diagnóstico se aplico a 36 niños de grado cuarto y 36 niños de grado quinto,

los resultados obtenidos para esta prueba, se encuentran sintetizados en la tabla 3-3. La

pregunta 1 indagaba si alguna vez los niños se habían preguntado ¿por qué los

atardeceres se ven rojizos?, ¿por qué las nubes se ven blancas? y ¿por qué el cielo se

ve azul?; la pregunta 2 hacía referencia si alguna vez los niños habían recibido

explicación a estos fenómenos, por parte de familiares, profesores u otras personas; la

pregunta 3 ¿por qué las nubes se ven blancas?, tenía cuatro opciones de respuesta y la

explicación correcta era la opción B; la pregunta 4 ¿por qué el cielo se ve azul? tenía

como respuesta correcta la opción C y finalmente la pregunta 5 ¿por qué los atardeceres

se ven rojizos? cuya respuesta correcta era la opción B.

Tabla 3-3: Resultados de la prueba diagnóstico (pretest) aplicada a un total de 72

niños. Resaltando en verde las respuestas correctas.

Respuestas

PREGUNTAS

1 2 3 4 5

NO 22.2% - - - -

SI 69.4% - - - -

NR 8.3% 1.3% 4,1% 4.1% 4.1%

ANULADA 0% 0% 1.3% 1.3% 4.1%

A - 37.5% 31.9% 23.6% 9.7%

B - 20.8% 25% 33.3% 19.4%

C - 19.4% 36.1% 31.9% 58.3%

D - 0% 1.3% 5.5% 4.1%

Múltiples

opciones

20,7% 0% 0% 0%


En las siguientes gráficas se muestra el resultado del diagnóstico inicial, pregunta por

pregunta.

Gráfica 3-2: Pregunta uno del pretest (NR: No responde)

De acuerdo a los resultados de la grafica 3-2, La mayoría de los niños han sentido

curiosidad por los fenómenos atmosféricos que ocurren en su vida cotidiana y han

tratado de buscar alguna explicación a ellos.

Grafica 3-3: Pregunta dos del pretest.

22,20%

69,40%

8,30%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

NO SI NR

Alguna vez te has preguntado ¿Por qué el cielo se ve azul?, ¿Por qué los atardeceres se ven rojos? y ¿Por

qué las nubes se ven blancas?.

1,30%

20,70%

37,50%

20,80% 19,40%

0% 0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

NR Múltiples opciones

A B C D

En algún momento de tu vida has recibido explicación a estos

fenómenos?



En la grafica 3-3 cuando se les pregunta a los niños si habían recibido explicación a los

fenómenos se les dan varias opciones de respuesta: A. Si por parte de los profesores; B.

los familiares; C. Nunca y D. otra; Varios niños marcaron más de una opción y era

válido, ya que varias personas pudieron haber contestado a estos interrogantes. Pero lo

que nos deja ver estos resultados es que los niños si han tratado de pedir explicación a

los fenómenos; un gran porcentaje (79%) ha recibido una explicación ya sea correcta o

no a estas preguntas.

En la grafica 3-4 podemos ver los resultados de la pregunta tres que se le hace a los

niños ¿Por qué las nubes se ven blancas?, se dan cuatro opciones de respuesta y la

correcta es la B, observamos que los estudiantes se inclinan más por la C, la cual dice

que debido al humo de las quemas en la superficie terrestre es que se forman las nubes,

aunque vale la pena analizar la respuesta A, ya que varios niños respondieron que esta

era la correcta la cual da una explicación más al ciclo del agua. Un pequeño porcentaje

marco múltiples opciones, y aclaro que esta pregunta era de opción múltiple con única

respuesta, motivo por el cual decidí tomar estos resultados como respuesta anulada.

Grafica 3-4: Pregunta tres del pretest.

4,10% 1,30%

31,90%

25%

36,10%

1,30% 0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%

35,00%

40,00%

NR ANULADA A B C D

¿Por qué las nubes se ven blancas?


En la grafica 3-5 podemos ver los resultados de la pregunta cuatro ¿Por qué el cielo se

ve azul?, se dan cuatro opciones de respuesta y la correcta es la C, un gran porcentaje

de los niños acertó, pero la mayoría se inclino por la opción B donde se daba una

explicación errónea la cual afirmaba que debido a la combinación de colores entre el

espacio y la capa de atmosfera se originaba el color azul del cielo. Esta pregunta era de

opción múltiple con única respuesta, motivo por el cual se toma como anulada aquellos

que marcaron más de una opción.

Grafica 3-5: Pregunta cuatro del pretest.

La grafica 3-6 nos muestra el resultado a la pregunta cinco ¿Por qué los atardeceres se

ven rojizos?, vemos que la gran mayoría de niños optaron por la respuesta C, la cual

hacía referencia a la radiación recibida en la zona ecuatorial de nuestro planeta; tan solo

un 19,40% acertó con la respuesta correcta que era la B, y tan solo un pequeño

porcentaje contesto las otras opciones. Esta pregunta era de opción múltiple con única

respuesta, motivo por el cual se toma como anulada aquellos que marcaron más de una

opción.

4,10%

1,30%

23,60%

33,30% 31,90%

5,50%

0,00%

5,00%

10,00%

15,00%

20,00%

25,00%

30,00%

35,00%

NR ANULADA A B C D

¿Por qué el cielo se ve azul?



Grafica 3-6: Pregunta cinco del pretest

Después de realizar el trabajo con las guías se aplicó nuevamente una prueba (Postest)

a los niños (anexo E) donde se preguntaba a los niños ¿por qué las nubes se ven

blancas?, ¿por qué el cielo se ve azul? y ¿por qué los atardeceres se ven rojizos?; los

resultados se encuentran sintetizados en la tabla 3-4.

Esta prueba se aplicó con el fin de evaluar el aprendizaje que los niños lograron con la

propuesta didáctica utilizada.

Tabla 3-4: Resultados del Postest. Las opciones resaltadas en verde indican las

respuestas correctas

Respuestas Preguntas

1 2 3

A 8.33% 5,55% 9,72%

B 62.77% 8,81% 73,88%

C 15.27% 75,27% 10,27%

D 13,61% 10,27% 6,11%

4,10% 4,10%

9,70%

19,40%

58,30%

4,10%

0,00%

10,00%

20,00%

30,00%

40,00%

50,00%

60,00%

70,00%

NR ANULADA A B C D

¿Por qué los atardeceres se ven rojizos?


Los resultados que se obtuvieron en la tabla 3-3 y 3-4 serán interpretados en el cálculo

de la ganancia de Hake [18], la cual también es conocida como factor Hake. Para realizar

este cálculo, debemos tener en cuenta los porcentajes de las respuestas correctas

obtenidos en la prueba diagnostico (pretest) y en la prueba final (postest).

El factor Hake se calcula mediante la ecuación 3.1.

(3.1)

Donde g= Ganancia Normalizada de Hake; %(pre)= resultados correctos en la prueba

pretest, antes de utilizar la MAA y %(pos)=resultados correctos en la prueba postest,

posterior a la MAA.

Este índice permite comparar ambas pruebas con los siguientes criterios: gran ganancia

(>0,7), ganancia media (0.7 > g > 0.3) y baja ganancia (< 0.3). La ganancia de Hake nos

permite ver la eficacia de la metodología utilizada. La ganancia Hake ideal sería igual a

uno (g=1). [18]

Hake clasificó la enseñanza en “tradicional” o en “participación interactiva”, según la

metodología usada. Él define la enseñanza con “participación interactiva” como una

forma de planear para promover la comprensión conceptual a través de la participación

activa de los estudiantes, en actividades donde estén participando sus mentes y sus

manos, con retorno inmediato (feedback) a través de discusiones con sus compañeros y

con el profesor. [16]

Observamos en la Gráfica 3-7 (página 34) el valor obtenido por la ganancia de Hake, en

cada una de las preguntas hechas a los niños teniendo en promedio una ganancia de

0,60 lo que corresponde a ganancia media porque su resultado cae en el rango 0.3 ≤ g ≤

0.7.



Grafica 3-7: Ganancia Hake para las tres preguntas.

Este resultado muestra el progreso de los estudiantes en los conceptos que se querían

enseñar.

0,5

0,63 0,67

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

¿Por qué las nubes se ven blancas?

¿Por qué el cielo se ve azul?

¿Por qué los atardeceres se ven rojizos?

Ga

na

nc

ia

Preguntas

4. Conclusiones y recomendaciones

4.1 Conclusiones

Después de haber hecho una revisión epistemológica del desarrollo histórico de la

naturaleza de la luz (capítulo I), presentar un abordaje teórico (capítulo II) y poner en

práctica la propuesta con niños indígenas del Amazonas en la escuela Camilo Torres, se

presentan ahora unas consideraciones que se hacen necesarias y con algunas

propuestas que se pueden implementar en el futuro:

Los estándares curriculares presentan sugerencias de contenidos y actividades muy

enriquecedoras que se deberían estar poniendo en práctica en las aulas de cualquier

escuela del país. Algunas de ellas se encuentran descritas en los EBC1 del Ministerio

de Educación Nacional, p. 132-135, 2006. Sin embargo se observa que por falta de

tiempo o preparación de los docentes no se cumplen con estos estándares. De otra

parte, los Estándares Básicos de Competencias deben ser contextualizados y deben

ser tenidos en cuenta para la aplicación de las guías.

El mismo texto de EBC, en la pagina 111 dice: “La compresión de la ciencia es algo

que el estudiante hace, no algo que se hace para él”. Por eso afirmamos que el

aprendizaje necesita de la participación activa de las y los estudiantes en la

construcción de sus conocimientos, no siendo suficiente la simple reconstrucción

personal de conocimientos previamente elaborados por otros y proporcionados por el

maestro o el libro de texto. Esto hace ver que esta propuesta apunta a lo que el

Ministerio de Educación habla, donde los docentes de ciencias debemos motivar

más a nuestros estudiantes y dejar de ser tan pasivos.

1 EBC: Estándares Básicos de Competencias.



Las Clases Interactivas Demostrativas, realizadas con materiales de bajo costo,

utilizando las hojas de predicciones individuales y el trabajo colaborativo por grupos,

permitió que los estudiantes fueran más dinámicos en la clase y que todos

participaran de las actividades.

Uno de los factores de motivación en la enseñanza de la física es la actividad

experimental y en este aspecto esta propuesta obtuvo una excelente ganancia ya

que los niños participaron activamente de las prácticas que se realizaron,

entendieron fácilmente la estrategia aplicada y se pudo lograr el objetivo propuesto;

que los niños construyeran conocimiento realizando las actividades y el papel del

profesor solamente fue de guía y orientador en el proceso de aprendizaje.

La prueba realizada no logró un éxito total (gp=1), sin embargo el valor de gp=0,6

logrado, que lo ubica en un nivel medio de resultados, bajo las circunstancias de

tiempo, lugar, población y recursos, resulta ser bastante bueno. Algunas de las

razones que en alguna medida justifican este resultado son que la gran mayoría de

estudiantes son indígenas y cabe recordar que su segunda lengua es el español, ya

que su lengua materna es el ticuna y el huitoto; lo que se considera que puede en

cierta forma afectar al momento de leer las guías, aunque conté con el apoyo de los

directores de grupo de los niños. Otra de las razones es que muchos de los niños

participan si hay algún estímulo para llevar a cabo la tarea encomendada por el

profesor, por ejemplo una nota, pero en este caso como la autora del presente

trabajo no es la docente titular de estos cursos y no se daban calificaciones por las

pruebas algunos no contestaban las pruebas completas o no lo hacían con el

suficiente interés.

Según entrevista realizada con dos de los profesores de los niños participantes en

este trabajo, dicen que la propuesta les parece interesante y proponen que en

jornadas pedagógicas se capacite a todos los docentes de la escuela para ponerla

en práctica en el área de ciencias.

Conclusiones 39

Analizando las situaciones que se tuvieron durante la construcción y aplicación de la

propuesta, refuerzan la creencia de que es posible realizar muchas cosas por la

educación, en especial por la enseñanza de la física, sin necesidad de tener grandes

laboratorios ni equipos; la diferencia siempre va a estar en la actitud e interés que

tengamos los docentes al abordar la enseñanza de cualquier tema.

4.2 Observaciones y recomendaciones

Es importante resaltar que las guías utilizadas acá no fueron diseñadas por la autora del

presente trabajo, sino que fueron tomadas del manual del ALOP [15], por lo tanto no

fueron modificadas en respeto a los derechos de autor, pero como resultado del trabajo

con los niños indígenas del Amazonas han resultado algunas observaciones a las guías,

que puede conllevar la realización de unas nuevas y con adaptaciones a las

circunstancias de tiempo, población, recursos y lugar.

De otra parte, un aspecto que debería ser desarrollado es la forma de evaluar, pues las

evaluaciones tradicionales son instrumentos muy limitados. Creo que es muy importante

proponer una forma eficaz de evaluar que demuestre realmente el aprendizaje de los

niños que participen de Clases interactivas demostrativas.

A. Anexo: Prueba diagnóstico (pretest).

42 Propuesta didáctica encaminada a la descripción de algunos fenómenos de

la óptica atmosférica, con niños indígenas amazonenses

B. Anexo: Guía 1

Hoja de Predicciones Individuales:



Hoja de Predicciones grupal:

Anexos 45

Hoja de Resultados:

Guías extraídas de: Active Learning in Optics and Photonics, Training manual. Sokoloff, D., y otros. Segunda edición. UNESCO (2009)



Imágenes de la practica 1

Anexos 47



C. Anexo: Guía 2

Hoja de predicciones individual:

Anexos 49



Hoja de predicciones grupales:

Anexos 51



Hoja de resultados:

Guías extraídas de: Active Learning in Optics and Photonics, Training manual. Sokoloff,

D., y otros . Segunda edición. UNESCO (2009).

Anexos 53

D. Anexo: Guía 3 Hoja de Predicciones individuales:

Anexos 57

Hoja de predicciones grupal:

Anexos 59

Hoja de resultados:

Guías extraídas de: Active Learning in Optics and Photonics, Training manual. Sokoloff, D., y otros. Segunda edición. UNESCO (2009)



Imágenes de los niños realizando las practicas:

Anexos 61

Anexos 63

E. Anexo: Postest

Anexos 65

F. Anexo: Manual de la Práctica (Guía del profesor)

Anexos 67

Guías extraídas de: Active Learning in Optics and Photonics, Training manual.

Sokoloff, D., y otros. Segunda edición. UNESCO (2009)

Anexos 69

Anexos 71

Anexos 73

Guías extraídas de: Active Learning in Optics and Photonics, Training manual. Sokoloff,

D., y otros. Segunda edición. UNESCO (2009)

Bibliografía

[1] Luz Egos y Universos. Juan Arentsen S. Editorial Andrés Bello. Chile 1995

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Propuesta didáctica encaminada a la descripción de …...muestra un marco conceptual, donde se...

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